این روزها دانشمندان در عرصه های مختلف علمی می درخشند و برخی از آنها از اختراع و تولید پدیده هایی خبر می دهند که در نوع خود مثال زدنی و جالب هستند.
اخیراً گروهی از محققین دریافته اند که پنبه این توانایی را دارد که به عنوان منبع انرژی عمل کرده و الکتریسیته را از رطوبت موجود در هوا استخراج کند. بنابراین به این فکر افتادند که پارچههای پنبهای معمولی را به یک مولد برق خودکفا تبدیل کنند و این ژنراتور با جذب انرژی از رطوبت محیط، شبانهروز کار میکند.
این نوآوری متکی بر پوشش های پلیمری مهندسی شده است که جریان مداوم یون ها را حفظ می کند و خروجی الکتریکی پایداری را بدون نیاز به باتری یا منابع انرژی خارجی ارائه می دهد.
پوشش پارچه با پلی پیرول و پلی دوپامین
این پارچه با دو پلیمر پلی پیرول (PPy) و پلی دوپامین (PDA) پوشیده شده است. پلی پیرول نور را در طیف وسیعی جذب می کند و آن را با راندمان بالا به گرما تبدیل می کند. وقتی این پارچه در معرض نور خورشید قرار می گیرد، به سرعت گرم می شود و باعث تبخیر سریع آب می شود.
از طرف دیگر، پلی دوپامین نور بیشتری را منعکس می کند و آب را با سرعت کمتری تبخیر می کند که باعث می شود پارچه رطوبت را حفظ کند.
نکته کلیدی در اینجا این است که محققان تنها نیمی از پارچه (که قبلاً با پلی پیرول درمان شده بود) را با پلی دوپامین پوشاندند. این ساختار نامتقارن یک طرف پارچه را نسبتا مرطوب نگه می دارد در حالی که طرف دیگر به طور مداوم خشک می شود. نتیجه یک اختلاف رطوبت دائمی است که باعث می شود یون ها از طریق کانال های میکروسکوپی پنبه حرکت کنند.
مولد رطوبت با موتور تبخیر نوری
تیم تحقیقاتی یک مولد رطوبت (PEMG) ایجاد کرد که پارچه پنبهای را با پلیمر پیرول و لایهای از پلی دوپامین اصلاح کرد و یک گرادیان دمای نوری نامتقارن ایجاد کرد. طبق گفته تیم، لایه نامتقارن PDA نه تنها مشکل تولید برق ناپایدار ناشی از اشباع آب را حل می کند، بلکه از تبخیر بیش از حد که تعادل رطوبت را به هم می زند، جلوگیری می کند.
به گفته محققان، لامپ های LED سفید رنگ دارای این سیستم بیش از 24 ساعت نور پیوسته ساطع می کردند. در عین حال، ولتاژ مدار باز (Voc) این سیستم با 6 واحد سری به 1.18 ولت در شدت نور خورشید متوسط و رطوبت 43 درصد رسید. در حالی که این مقدار در شب 0.72 ولت (با رطوبت 52 درصد) بود. سیستمهای پوشیدنی طراحیشده با این واحدها توان کافی برای دستگاههای الکترونیکی را در شرایط طبیعی فراهم میکنند.
فرآیند تولید: از پنبه خام تا بنفش درخشان
فرآیند ساخت این پارچه با فرو بردن پنبه خام در محلولی حاوی مونومرهای پیرول آغاز می شود. پلیمریزاسیون مستقیماً روی الیاف انجام می شود و یک لایه پلی پیرول رسانای سیاه را تشکیل می دهد که تقریباً تمام نور ورودی را جذب می کند.
در مرحله بعد نیمی از پارچه به مدت یک روز در معرض محلول قلیایی دوپامین قرار می گیرد. در این مرحله مولکول های دوپامین به صورت یک لایه فوق نازک روی پارچه قرار می گیرند. ضخامت این لایه باعث تداخل نور شده و ظاهری بنفش و براق مانند حباب صابون به پارچه می دهد. این لایه نور بسیار کمتری را جذب می کند و کنتراست حرارتی ایجاد می کند.
هنگامی که این پارچه در معرض نور خورشید قرار می گیرد، سمت پلی پیرول بسیار بیشتر از سمت پلی دوپامین گرم می شود. این اختلاف دما باعث تسریع تبخیر از یک طرف می شود و در نتیجه آب به طور مداوم از طرف دیگر جذب و کشیده می شود و جریان پایدار یون ها را حفظ می کند.
وعده لوازم الکترونیکی پوشیدنی
این فناوری برای لباس های هوشمند بسیار امیدوار کننده است. محققان با این پارچه جلیقه ای دوختند و در حین فعالیت بدنی به دلیل اضافه شدن عرق فرد به رطوبت محیط، ولتاژ بالاتری تولید شد و در نهایت انرژی تولید شده برای شارژ خازن ها، روشن شدن لامپ های کوچک و حتی راه اندازی دستگاه های صوتی بی سیم کافی بود.
آزمایشهای مکانیکی نشان داد که خمش، اصطکاک و شستشو تأثیر کمی بر عملکرد پارچه دارد و این نشان میدهد که پوششهای پلیمری برای استفاده در دنیای واقعی بادوام خواهند بود. در عین حال رطوبت اسیدی و برخی املاح حل شده در عرق بدن انسان با افزایش انتقال الکترون حتی باعث تقویت عملکرد سیستم می شود.
